Electronic Theses and Dissertation

Penggunaan bahan pozzolan sebagai binder dalam pembuatan geopolimer terus berkembang, didorong oleh terobosan inovatif dalam mortar geopolimer. Penelitian ini bertujuan mengembangkan mortar geopolimer dengan menggunakan prekursor utama dari limbah pertanian, yaitu abu sekam padi dan abu cangkang sawit. Untuk meningkatkan kekuatan mortar geopolymer, juga ditambahkan silica fume dengan kadar 0%, 5%, 10%, 15%, dan 20% dari berat precursor utama. Ketiga bahan prekursor ini dilakukan pengujian SEM-EDS, XRD, XRF, FTIR, dan PSA. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efek penambahan silica fume terhadap kekuatan dan struktur mikro mortar geopolymer berbasis abu sekam padi dan abu cangkang sawit. Untuk ini dilakukan studi eksperimental untuk membuat benda uji mortar geopolymer dengan menggunakan activator natrium hidroksida 10M dan natrium silikat 2,65M dengan perbandingan 2:1; dan perbandingan precursor terhadap activator sebesar 60:40. Benda uji dilakukan curing di dalam oven suhu 90oC selama 2 hari, dilanjutkan curing pada suhu kamar sampai umur pengujian. Pengujian kuat tekan dan kuat lentur mortar geopolymer dilakukan pada umur pengujian 3, 7, 28, 56, 90 dan 120 hari. Untuk memprediksi kekuatan mortar geopolymer dilakukan analisis Artificial Neural Network Back Propagation (ANN-B) dan Response Surface Methodology (RSM). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan silica fume dalam mortar geopolimer berbasis abu sekam padi dan abu cangkang sawit berperan dalam memperkuat struktur geopolimer melalui pembentukan ikatan silikat yang lebih stabil dan berkelanjutan dan adanya peningkatan pembentukan jaringan polimer silikat pada mortar geopolimer. Mortar geopolimer tanpa tambahan silica fume mengandung fase kristal besar seperti kuarsa dan kristobalit, menunjukkan geopolimerisasi tidak lengkap. Sebaliknya, penambahan silica fume menghasilkan proporsi fase amorf yang lebih tinggi, menunjukkan proses geopolimerisasi yang lebih bagus dan peningkatan integritas mekanik, yang pada gilirannya mendorong pembentukan matriks yang lebih seragam dan mengurangi rasio Si/Al. Akibatnya, penambahan silica fume meningkatkan kuat tekan dan kuat lentur mortar geopolymer. Model ANN-B secara efektif memprediksi kuat tekan dan kuat lentur mortar geopolimer berbasis abu sekam padi dan abu cangkang sawit yang mengandung silica fume, menunjukkan kesesuaian yang baik dengan hasil eksperimental. Selanjutnya model kuadratik dapat digunakan untuk memprediksi dengan tepat secara eksplisit kuat tekan dan kuat lentur mortar geopolymer berbasis abu sekam padi dan abu cangkang sawit sebagai fungsi dari persentase penambahan silica fume dan umur mortar. Hasil analisis varian menunjukkan p-value yang lebih kecil dari 0.05 yang menunjukkan bahwa model yang digunakan sangat significant. Nilai R2 yang mendekati 1.0 menunjukkan bahwa model kuadratik yang digunakan sangat mewakili data experimental.

Kata Kunci: Mortar geopolymer; Abu sekam padi; Abu cangkang sawit; Silica fume; Kuat tekan; Kuat lentur; Struktur mikro

The use of pozzolanic materials as binders in geopolymer production continues to grow, driven by innovative breakthroughs in geopolymer mortar. In this study, geopolymer mortars using primary precursors from agricultural waste, namely rice husk ash and palm oil fuel ash, were developed. To increase the strength of geopolymer mortars, silica fume was also added at concentrations of 0%, 5%, 10%, 15%, and 20% by weight of the primary precursor. These three precursor materials were tested using SEM-EDS, XRD, XRF, FTIR, and PSA. The purpose of this study was to determine the effect of adding silica fume on the strength and microstructure of geopolymer mortars based on rice husk ash and palm kernel shell ash. For this purpose, an experimental study was conducted to make geopolymer mortar specimens using 10M sodium hydroxide and 2.65M sodium silicate activators with a ratio of 2:1, and a precursor to activator ratio of 60:40. The specimens were cured in an oven at 90oC for 2 days, followed by curing at room temperature until the test age. The compressive and flexural strength tests of geopolymer mortar were conducted at curing ages of 3, 7, 28, 56, 90, and 120 days. To predict the strength of geopolymer mortar, Artificial Neural Network Back Propagation (ANN-B) and Response Surface Methodology (RSM) analyses were performed. The results showed that the addition of silica fume in geopolymer mortars based on rice husk ash and palm oil fuel ash plays a role in strengthening the geopolymer structure through the formation of more stable and sustainable silicate bonds and an increase in the formation of a silicate polymer network in the geopolymer mortars. Geopolymer mortar without the addition of silica fume contains large crystalline phases such as quartz and cristobalite, indicating incomplete geopolymerization. In contrast, the addition of silica fume results in a higher proportion of amorphous phases, indicating a better geopolymerization process and increased mechanical integrity, which in turn encourages the formation of a more uniform matrix and reduces the Si/Al ratio. Consequently, the addition of silica fume increases the compressive and flexural strengths of geopolymer mortars. The ANN-B model effectively predicts the compressive and flexural strengths of geopolymer mortars based on rice husk ash and palm oil fuel shell ash containing silica fume, showing good agreement with the experimental results. Furthermore, the quadratic model can be used to accurately predict explicitly the compressive and flexural strengths of geopolymer mortars based on rice husk ash and palm oil fuel shell ash as a function of the percentage of silica fume addition and curing age. The results of the analysis of variance show a p-value smaller than 0.05, which indicates that the model used is very significant. The R2 value approaching 1.0 indicates that the quadratic model used is very representative of the experimental data. Keywords: Geopolymer mortar; Rice husk ash; Palm oil fuel ash; Silica fime; Compressive strength; Flexural strength; Microstructure